李绪杰+何小波

摘要：蓄热室横火焰窑炉的燃气需要左右换火燃烧，烟道闸板左右交换是换火系统中必不可少的一步。闸板由于电机通过变速箱和链条带动，在启停过程中由于冲击的存在常导致链条断裂。文章介绍了一种把变频器用于换向电机控制的方法来解决换向冲击这一问题，并成功应用到窑炉换火控制系统中。

关键词：烟道闸板；变频器；闸板换向；换火系统

中图分类号：TQ177文献标识码：A文章编号：1009-2374（2014）21-0051-02

烟道闸板左右换向是蓄热室横火焰熔窑换向燃烧控制系统中的重要组成部分，换火系统的正常交换，关系到窑内炉压、温度和液位三个重要控制参数的稳定，同时直接影响到助燃空气与燃气分配和燃烧工况。改造前，交换系统在生产运行期间发生多次闸板开关位置到位过头、链条断裂等情况，造成炉内燃烧工况异常和换向失败，直接影响玻璃熔液质量。为了提高换向系统的安全性，增加了一台交流变频器在启停过程中通过变速控制闸板交换电机。

1事故原因分析

换向时启动电动机，电动机旋转拖动变速箱，经变速箱减速后由链条拖动带有闸门的轮盘拖动闸门运动，当再次换向时通过接触器改变电机转向。

图1启动前后链条状态示意图

改造前，电动机由接触器启动，接触器闭合时，电机开始加速旋转，开始时链条AD段处于松弛阶段，见图1，电机旋转将链条AD段拉紧，在拉紧过程中电机速度快速上升但该过程中电机及链条受力很小，拉紧后链条将承载上升侧闸门重力，突然受力将形成冲击。

停止时电机运行于额定状态，当下降侧闸门撞击到行程开关后，电机控制回路中断，电机失电，但此时由于惯性作用下降侧闸门将继续保持原有方向运动，此时行程开关受到冲击力很大，长期易于造成行程开关位置发生形变，从而失效。而与之反侧闸门在动能作用下将向上做抛物线运动，上升距离，上升后闸门又将经历自由落体阶段。下落时的冲击速度还会达到v，这时也将会给链条施加一个冲击力。

换火系统20分钟换一次向，链条长期受较大冲击力会加速造成链条断裂风险，通过以上分析知道减小启动和停止时的速度可以大大减小冲击，因此考虑增设变频器，利用变频器在启动时低速输出，减小启动冲击。在换向快到位时提前减速，减到某一低速度后，让电机低转速运行，闸门缓慢接触到行程开关后，再将速度缓慢降至0，该过程冲击减小，也更好地保护了行程开关。

2烟道闸板换向系统设计

2.1系统组成部分

原系统主要包括烟道闸板、三相异步电机、机械减速器、行程开关、PLC控制柜等。设计在PLC后加变频器进行电机转动控制，见图2。

图2控制系统示意图

2.2控制工艺

设计规定燃烧左换右时，提升烟道闸板的三相异步电机为“正”转，即右闸板放下，左闸板提起，变频器显示FWD；右换左时，电机为“反转”，即左闸板放下，右闸板提起，变频器显示REV。定时燃烧时间一到，投入左右换火，烟道闸板开始运行。

根据事故原因分析，启动时需要缓慢启动，停止时需要减速停止这两个阶段都需要启用变频功能，速度曲线与时间轴围成的范围正比于闸门运行的距离，我们可以通过计算或现场试验确定最高频率及换火时间。考虑到误差等原因，第一次设置好后，在后面的运行时有可能提前就撞击到了行程开关，或换火不到位时电机就停止了，因此考虑使用五段式曲线如图3。第一段加速段，用于缓慢启动减少启动冲击，第二段高速运行用于控制换火时间，第三段减速运行使闸门接近位置检测开关，第四段低速运行碰撞行程开关减少行程开关撞击也保证换火到位，第五段换火停止，减少链条冲击。

经过试验在该项目中把启动时间设为3.6s，见图3，最高频率定为30Hz运行5.4s，减速至5Hz的时间设置为3秒，低速运行时间会由于各方面原因有所误差，由行程开关撞击时间确定，在本工程中大约为1s，停机时间设置为0.6s，整个换火时间大概为14s，能满足工艺要求。

图3变频器时间频率图

2.3控制原理

闸板换向到位主要靠行程开关来检测，左右各2个，停止和报警，确保信号到位的正确检测，把检测到的信号通过接线箱送到PLC控制器。PLC输出信号控制变频器的输入端子X1和X2，通过变频器内部参数设置，实现多步变频控制闸板电机的正或反转。左右行程杆一旦撞击行程开关到位，控制系统立即输出停止命令，变频器输出变为0Hz。

变频器内部通过X1端子至X9端子的功能组合实现多步频率，多步频率选择SS1（对应“0”）、SS2（对应“1”）、SS3（对应“2”）、SS4（对应“4”），当SS1接点输入信号为ON时，SS2为OFF时（SS3和SS4没用，默认为OFF），选择的频率为C05，作为高速平率；当SS1接点输入信号为ON时，SS2为ON时，选择的频率为C07，作为低速信号频率，见图4。

图4外部端子控制信号频率选择图

电机加速启动时间F07和减速启动时间F08，可由下列算式计算：

加/减速实际动作时间=加/减速时间×（设定频率/最高频率）

因此分别可求得变频器参数F07、F08设置时间为6s。对于时间参数，可以根据不同窑炉的实际情况和工艺要求设定各阶段频率，满足生产工艺需求。

2.4选型

设计的交流变频器安装在控制室内，环境温度长期控制在25℃，保证了设备最佳运行环境。选用的交流变频器是一种低噪声、高性能、多功能变频器，能实现电机正反转运行控制，多步频率设定，LED液晶运行监视、维护监视、报警监视等。本次技改设计，变频器选用的是FRN11G11S-4CX，完全满足设计要求。

3结语

窑炉的换火系统在使用交流变频器后，运行三年来，没发生一次因烟道闸板交换引起的左右燃烧换向失败，不仅延长了烟道闸板换向装置的正常工作周期和使用寿命，以及对电机的保护，还大大减少了员工日常工作维护量和保证了后工序生产线产品的稳定生产。

参考文献

[1]FRENIC5000G11S/P11S操作说明书．

[2]张凤岐，刘锡荣，等．链条抽油机的换向冲击与预防[J]．石油机械，1999，27（6）．

作者简介：李绪杰（1977-），男，四川瑞琦控制技术工程有限公司工程师，研究方向：自动化控制设计；何小波（1981-），男，四川瑞琦控制技术工程有限公司工程师，研究方向：自动化控制设计。

endprint

摘要：蓄热室横火焰窑炉的燃气需要左右换火燃烧，烟道闸板左右交换是换火系统中必不可少的一步。闸板由于电机通过变速箱和链条带动，在启停过程中由于冲击的存在常导致链条断裂。文章介绍了一种把变频器用于换向电机控制的方法来解决换向冲击这一问题，并成功应用到窑炉换火控制系统中。

关键词：烟道闸板；变频器；闸板换向；换火系统

中图分类号：TQ177文献标识码：A文章编号：1009-2374（2014）21-0051-02

烟道闸板左右换向是蓄热室横火焰熔窑换向燃烧控制系统中的重要组成部分，换火系统的正常交换，关系到窑内炉压、温度和液位三个重要控制参数的稳定，同时直接影响到助燃空气与燃气分配和燃烧工况。改造前，交换系统在生产运行期间发生多次闸板开关位置到位过头、链条断裂等情况，造成炉内燃烧工况异常和换向失败，直接影响玻璃熔液质量。为了提高换向系统的安全性，增加了一台交流变频器在启停过程中通过变速控制闸板交换电机。

1事故原因分析

换向时启动电动机，电动机旋转拖动变速箱，经变速箱减速后由链条拖动带有闸门的轮盘拖动闸门运动，当再次换向时通过接触器改变电机转向。

图1启动前后链条状态示意图

改造前，电动机由接触器启动，接触器闭合时，电机开始加速旋转，开始时链条AD段处于松弛阶段，见图1，电机旋转将链条AD段拉紧，在拉紧过程中电机速度快速上升但该过程中电机及链条受力很小，拉紧后链条将承载上升侧闸门重力，突然受力将形成冲击。

停止时电机运行于额定状态，当下降侧闸门撞击到行程开关后，电机控制回路中断，电机失电，但此时由于惯性作用下降侧闸门将继续保持原有方向运动，此时行程开关受到冲击力很大，长期易于造成行程开关位置发生形变，从而失效。而与之反侧闸门在动能作用下将向上做抛物线运动，上升距离，上升后闸门又将经历自由落体阶段。下落时的冲击速度还会达到v，这时也将会给链条施加一个冲击力。

换火系统20分钟换一次向，链条长期受较大冲击力会加速造成链条断裂风险，通过以上分析知道减小启动和停止时的速度可以大大减小冲击，因此考虑增设变频器，利用变频器在启动时低速输出，减小启动冲击。在换向快到位时提前减速，减到某一低速度后，让电机低转速运行，闸门缓慢接触到行程开关后，再将速度缓慢降至0，该过程冲击减小，也更好地保护了行程开关。

2烟道闸板换向系统设计

2.1系统组成部分

原系统主要包括烟道闸板、三相异步电机、机械减速器、行程开关、PLC控制柜等。设计在PLC后加变频器进行电机转动控制，见图2。

图2控制系统示意图

2.2控制工艺

设计规定燃烧左换右时，提升烟道闸板的三相异步电机为“正”转，即右闸板放下，左闸板提起，变频器显示FWD；右换左时，电机为“反转”，即左闸板放下，右闸板提起，变频器显示REV。定时燃烧时间一到，投入左右换火，烟道闸板开始运行。

根据事故原因分析，启动时需要缓慢启动，停止时需要减速停止这两个阶段都需要启用变频功能，速度曲线与时间轴围成的范围正比于闸门运行的距离，我们可以通过计算或现场试验确定最高频率及换火时间。考虑到误差等原因，第一次设置好后，在后面的运行时有可能提前就撞击到了行程开关，或换火不到位时电机就停止了，因此考虑使用五段式曲线如图3。第一段加速段，用于缓慢启动减少启动冲击，第二段高速运行用于控制换火时间，第三段减速运行使闸门接近位置检测开关，第四段低速运行碰撞行程开关减少行程开关撞击也保证换火到位，第五段换火停止，减少链条冲击。

经过试验在该项目中把启动时间设为3.6s，见图3，最高频率定为30Hz运行5.4s，减速至5Hz的时间设置为3秒，低速运行时间会由于各方面原因有所误差，由行程开关撞击时间确定，在本工程中大约为1s，停机时间设置为0.6s，整个换火时间大概为14s，能满足工艺要求。

图3变频器时间频率图

2.3控制原理

闸板换向到位主要靠行程开关来检测，左右各2个，停止和报警，确保信号到位的正确检测，把检测到的信号通过接线箱送到PLC控制器。PLC输出信号控制变频器的输入端子X1和X2，通过变频器内部参数设置，实现多步变频控制闸板电机的正或反转。左右行程杆一旦撞击行程开关到位，控制系统立即输出停止命令，变频器输出变为0Hz。

变频器内部通过X1端子至X9端子的功能组合实现多步频率，多步频率选择SS1（对应“0”）、SS2（对应“1”）、SS3（对应“2”）、SS4（对应“4”），当SS1接点输入信号为ON时，SS2为OFF时（SS3和SS4没用，默认为OFF），选择的频率为C05，作为高速平率；当SS1接点输入信号为ON时，SS2为ON时，选择的频率为C07，作为低速信号频率，见图4。

图4外部端子控制信号频率选择图

电机加速启动时间F07和减速启动时间F08，可由下列算式计算：

加/减速实际动作时间=加/减速时间×（设定频率/最高频率）

因此分别可求得变频器参数F07、F08设置时间为6s。对于时间参数，可以根据不同窑炉的实际情况和工艺要求设定各阶段频率，满足生产工艺需求。

2.4选型

设计的交流变频器安装在控制室内，环境温度长期控制在25℃，保证了设备最佳运行环境。选用的交流变频器是一种低噪声、高性能、多功能变频器，能实现电机正反转运行控制，多步频率设定，LED液晶运行监视、维护监视、报警监视等。本次技改设计，变频器选用的是FRN11G11S-4CX，完全满足设计要求。

3结语

窑炉的换火系统在使用交流变频器后，运行三年来，没发生一次因烟道闸板交换引起的左右燃烧换向失败，不仅延长了烟道闸板换向装置的正常工作周期和使用寿命，以及对电机的保护，还大大减少了员工日常工作维护量和保证了后工序生产线产品的稳定生产。

参考文献

[1]FRENIC5000G11S/P11S操作说明书．

[2]张凤岐，刘锡荣，等．链条抽油机的换向冲击与预防[J]．石油机械，1999，27（6）．

作者简介：李绪杰（1977-），男，四川瑞琦控制技术工程有限公司工程师，研究方向：自动化控制设计；何小波（1981-），男，四川瑞琦控制技术工程有限公司工程师，研究方向：自动化控制设计。

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摘要：蓄热室横火焰窑炉的燃气需要左右换火燃烧，烟道闸板左右交换是换火系统中必不可少的一步。闸板由于电机通过变速箱和链条带动，在启停过程中由于冲击的存在常导致链条断裂。文章介绍了一种把变频器用于换向电机控制的方法来解决换向冲击这一问题，并成功应用到窑炉换火控制系统中。

关键词：烟道闸板；变频器；闸板换向；换火系统

中图分类号：TQ177文献标识码：A文章编号：1009-2374（2014）21-0051-02

烟道闸板左右换向是蓄热室横火焰熔窑换向燃烧控制系统中的重要组成部分，换火系统的正常交换，关系到窑内炉压、温度和液位三个重要控制参数的稳定，同时直接影响到助燃空气与燃气分配和燃烧工况。改造前，交换系统在生产运行期间发生多次闸板开关位置到位过头、链条断裂等情况，造成炉内燃烧工况异常和换向失败，直接影响玻璃熔液质量。为了提高换向系统的安全性，增加了一台交流变频器在启停过程中通过变速控制闸板交换电机。

1事故原因分析

换向时启动电动机，电动机旋转拖动变速箱，经变速箱减速后由链条拖动带有闸门的轮盘拖动闸门运动，当再次换向时通过接触器改变电机转向。

图1启动前后链条状态示意图

改造前，电动机由接触器启动，接触器闭合时，电机开始加速旋转，开始时链条AD段处于松弛阶段，见图1，电机旋转将链条AD段拉紧，在拉紧过程中电机速度快速上升但该过程中电机及链条受力很小，拉紧后链条将承载上升侧闸门重力，突然受力将形成冲击。

停止时电机运行于额定状态，当下降侧闸门撞击到行程开关后，电机控制回路中断，电机失电，但此时由于惯性作用下降侧闸门将继续保持原有方向运动，此时行程开关受到冲击力很大，长期易于造成行程开关位置发生形变，从而失效。而与之反侧闸门在动能作用下将向上做抛物线运动，上升距离，上升后闸门又将经历自由落体阶段。下落时的冲击速度还会达到v，这时也将会给链条施加一个冲击力。

换火系统20分钟换一次向，链条长期受较大冲击力会加速造成链条断裂风险，通过以上分析知道减小启动和停止时的速度可以大大减小冲击，因此考虑增设变频器，利用变频器在启动时低速输出，减小启动冲击。在换向快到位时提前减速，减到某一低速度后，让电机低转速运行，闸门缓慢接触到行程开关后，再将速度缓慢降至0，该过程冲击减小，也更好地保护了行程开关。

2烟道闸板换向系统设计

2.1系统组成部分

原系统主要包括烟道闸板、三相异步电机、机械减速器、行程开关、PLC控制柜等。设计在PLC后加变频器进行电机转动控制，见图2。

图2控制系统示意图

2.2控制工艺

设计规定燃烧左换右时，提升烟道闸板的三相异步电机为“正”转，即右闸板放下，左闸板提起，变频器显示FWD；右换左时，电机为“反转”，即左闸板放下，右闸板提起，变频器显示REV。定时燃烧时间一到，投入左右换火，烟道闸板开始运行。

根据事故原因分析，启动时需要缓慢启动，停止时需要减速停止这两个阶段都需要启用变频功能，速度曲线与时间轴围成的范围正比于闸门运行的距离，我们可以通过计算或现场试验确定最高频率及换火时间。考虑到误差等原因，第一次设置好后，在后面的运行时有可能提前就撞击到了行程开关，或换火不到位时电机就停止了，因此考虑使用五段式曲线如图3。第一段加速段，用于缓慢启动减少启动冲击，第二段高速运行用于控制换火时间，第三段减速运行使闸门接近位置检测开关，第四段低速运行碰撞行程开关减少行程开关撞击也保证换火到位，第五段换火停止，减少链条冲击。

经过试验在该项目中把启动时间设为3.6s，见图3，最高频率定为30Hz运行5.4s，减速至5Hz的时间设置为3秒，低速运行时间会由于各方面原因有所误差，由行程开关撞击时间确定，在本工程中大约为1s，停机时间设置为0.6s，整个换火时间大概为14s，能满足工艺要求。

图3变频器时间频率图

2.3控制原理

闸板换向到位主要靠行程开关来检测，左右各2个，停止和报警，确保信号到位的正确检测，把检测到的信号通过接线箱送到PLC控制器。PLC输出信号控制变频器的输入端子X1和X2，通过变频器内部参数设置，实现多步变频控制闸板电机的正或反转。左右行程杆一旦撞击行程开关到位，控制系统立即输出停止命令，变频器输出变为0Hz。

变频器内部通过X1端子至X9端子的功能组合实现多步频率，多步频率选择SS1（对应“0”）、SS2（对应“1”）、SS3（对应“2”）、SS4（对应“4”），当SS1接点输入信号为ON时，SS2为OFF时（SS3和SS4没用，默认为OFF），选择的频率为C05，作为高速平率；当SS1接点输入信号为ON时，SS2为ON时，选择的频率为C07，作为低速信号频率，见图4。

图4外部端子控制信号频率选择图

电机加速启动时间F07和减速启动时间F08，可由下列算式计算：

加/减速实际动作时间=加/减速时间×（设定频率/最高频率）

因此分别可求得变频器参数F07、F08设置时间为6s。对于时间参数，可以根据不同窑炉的实际情况和工艺要求设定各阶段频率，满足生产工艺需求。

2.4选型

设计的交流变频器安装在控制室内，环境温度长期控制在25℃，保证了设备最佳运行环境。选用的交流变频器是一种低噪声、高性能、多功能变频器，能实现电机正反转运行控制，多步频率设定，LED液晶运行监视、维护监视、报警监视等。本次技改设计，变频器选用的是FRN11G11S-4CX，完全满足设计要求。

3结语

窑炉的换火系统在使用交流变频器后，运行三年来，没发生一次因烟道闸板交换引起的左右燃烧换向失败，不仅延长了烟道闸板换向装置的正常工作周期和使用寿命，以及对电机的保护，还大大减少了员工日常工作维护量和保证了后工序生产线产品的稳定生产。

参考文献

[1]FRENIC5000G11S/P11S操作说明书．

[2]张凤岐，刘锡荣，等．链条抽油机的换向冲击与预防[J]．石油机械，1999，27（6）．

作者简介：李绪杰（1977-），男，四川瑞琦控制技术工程有限公司工程师，研究方向：自动化控制设计；何小波（1981-），男，四川瑞琦控制技术工程有限公司工程师，研究方向：自动化控制设计。

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